動(dòng)荷載作用下鋼筋與混凝土粘結(jié)錨固試驗(yàn)研究

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1、動(dòng)荷載作用下鋼筋與混凝土粘結(jié)錨固試驗(yàn)研究2OO2年第6期l2月混凝土與水泥制品CHACONCRETEANDCEMENTPRODU(IS20o2No6December動(dòng)荷載作用下鋼筋與混凝土粘結(jié)錨固試驗(yàn)研究鄭曉燕吳勝興劉龍強(qiáng)(河海大學(xué),南京210098)摘要:基于l3個(gè)試件的動(dòng)態(tài)拉拔試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)粗鋼筋在混凝土中的粘結(jié)錨固問題進(jìn)行了研究.通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析,總結(jié)出了可供工程實(shí)際采用的結(jié)論.關(guān)鍵詞:粘結(jié)錨固;動(dòng)荷載;拉拔試驗(yàn);鋼筋混凝土中圈分類號(hào):TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000—4637(2002)06—27—040前言鋼筋與混

2、凝土之間的粘結(jié)是這兩種性能不同的材料共同受力,協(xié)同工作的基礎(chǔ).隨著試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,從上世紀(jì)七,八十年代開始,粘結(jié)錨固的研究迅速發(fā)展.它是現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論中較為活躍的研究課題之一【】.近年來,鋼筋強(qiáng)度不斷提高,外形種類漸多,錨固問題越顯突出I21.國內(nèi)外學(xué)者就此開展了大量的試驗(yàn)研究,并取得了豐碩的研究成果".但這些研究僅限于靜載作用下.震害調(diào)查顯示,地震時(shí)由于錨固失效引起的倒塌事故多有發(fā)生.本課題以小灣拱壩的橫縫抗震鋼筋為背景,研究動(dòng)荷載下埋置在大體積混凝土中的大直徑鋼筋與混凝土的粘結(jié)問題,對(duì)建筑物的抗震設(shè)計(jì)有

3、著重要意義.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)分四批進(jìn)行,共13個(gè)試件.采用具有100噸加載能力的動(dòng)力液壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行加載,并通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制加載過程和數(shù)據(jù)采集.加載控制流程如圖1控制器H比例壓力控制閥卜._一+L—壓力傳感器II_一圖1加載控制流程圖1.1試件簡介第一批試驗(yàn)只澆注一個(gè)試件,試件詳見圖2,目的是檢驗(yàn)試驗(yàn)方案的可行性和合理性.該試件受力鋼筋采用硬鋼,直徑32ram,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40.第二,三,四批試驗(yàn)每批均為4個(gè)試件,在第一批的基礎(chǔ)上對(duì)底部尺寸作了修改.后3批試驗(yàn)12個(gè)試件受力鋼筋采用了軟鋼,直徑仍為32ram(有針對(duì)性地采用了攀

4、枝花鋼廠的月牙紋鋼筋),第二,三批試件混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C35.第四批試件采用了低強(qiáng)度混凝土,設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C10.四批試件所用材料實(shí)測(cè)值見表1.哥L...._.J———'J....一6001—1【800_一l——130c廣—2—2圖2第一批試件詳圖表1四批試件所用材料實(shí)測(cè)值200200圖3給出的是第四批試件詳圖.第二,三批試件形狀尺寸與第四批相同,只是在無粘結(jié)段設(shè)置(塑料套管),錨固參數(shù),加載與測(cè)量方案以及所用混凝土等級(jí)上有差別.表2為四批試件的試驗(yàn)方案比較.表2四批試件試驗(yàn)方案比較27r.●●●,__T_T鄭曉燕吳勝興劉龍強(qiáng)動(dòng)荷載

5、作用下鋼筋與混凝土粘結(jié)錨固試驗(yàn)研究10,13,16,18)四個(gè)位置處的應(yīng)變時(shí)程圖,這里只給出了一幅圖,即第二批4個(gè)試件在錨深500mm處混凝土外表面應(yīng)變時(shí)程見圖8.從圖8不難看出,各試件在整個(gè)加載過程中,混凝土外表面一直在線形變化范圍內(nèi),最大拉應(yīng)變約在50×10以內(nèi),不超過本批試件混凝土的極限拉應(yīng)變(2.77/25519:109×10).2一杈06ol2ol踟24030o36042o48o荷載/kN圖8錨深為50(~nm處混凝土外表面應(yīng)變時(shí)程試驗(yàn)還記錄了加載時(shí)荷載與油缸位移的關(guān)系曲線,圖9為試件Ⅱ一4荷載與油缸位移關(guān)系圖.該曲線可明顯分

6、成三段,第一段曲率較小,這部分位移除鋼筋變形和滑移外,主要有連接部分的初始縫隙壓縮和鋼筋伸直等原因造成的油缸初始位移;第二段曲率很大,表明荷載增加,而油缸位移增量很小,這部分位移主要有鋼筋變形和滑移所造成;當(dāng)荷載達(dá)到400kN左右時(shí),出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),曲線進(jìn)入第三段,油缸位移又有增加,這主要是由于鋼筋屈服伸長造成.據(jù)此可大致確定鋼筋和混凝土之間的相對(duì)滑移量.6()o50oz400300耀200looO0501001502o0油缸位移/mm圖9試件II一4荷載一油缸位移關(guān)系圖第三批試件所測(cè)的內(nèi)容與前面兩批試件相同部分就不再贅述,下面就增

7、測(cè)內(nèi)容及結(jié)果作簡單介紹.國內(nèi)有研究者將鋼筋剖開,用內(nèi)貼應(yīng)變片的方法量測(cè)了靜載作用下016鋼筋沿錨長的應(yīng)變分布1,本研究在此基礎(chǔ)上對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn),用以探討動(dòng)荷載作用下粘結(jié)應(yīng)力沿錨長的分布.將鋼筋剖開并開槽,沿1500mm的錨固長度,共布置了40個(gè)應(yīng)變片.應(yīng)變片的布置由密變疏,起始段(0～500mm)應(yīng)變片間距20mm(兩半合成后間距,下同),中間段(500mm～1000mm)應(yīng)變片間距50mm,錨固末段(1000mm～1500mm)應(yīng)變片間距100mm.通過鋼筋內(nèi)貼應(yīng)變片測(cè)出鋼筋應(yīng)變值e,根據(jù)實(shí)測(cè)應(yīng)變,可以得到鋼筋應(yīng)力o.圖10就是由此

8、得到的試件Ⅲ一3在荷載為242.94kN下受力鋼筋軸拉應(yīng)力分布圖.縱觀鋼筋軸拉應(yīng)力分布圖,鋼筋應(yīng)力變化主要集中在錨固起始端約600mm范圍內(nèi),600mm以外,鋼筋應(yīng)力很小.并且在300mm以前曲線很陡,說明